墊圈沖壓設計.docx

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1、課程設計說明書墊圈沖壓工藝與模具設計學 院（部）： 機械工程學院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 學 生 姓 名： 劉方兵 班 級：材料1001 學號10405701119 指導教師姓名： 胡成武 職稱 教授 最終評定成績 2013 年 12 月 18 日 21目錄第1章 引言（3）第2章 制件的工藝分析（3）第3章 沖壓工藝方案的確定 （4）3.1 模具結構形式的選擇與確定 （5）第4章 沖壓工藝的主要計算（6）4.1 排樣方案確定 （6）4.2 搭邊 （6）4.3 沖裁力的計算（7）4.4 初選壓力機（8）4.5 壓力中心的確定（8）4.6 刃口尺寸的計算（8）第4章 沖裁模的設計（11）5

2、.1 沖孔凸模設計（11）5.2 落料凹模的設計（12）5.3 定位裝置的設計與標準化（14）5.4 標準模架的選用 （16）5.5 壓力機的校核 （18）第5章 設計心得（18）參考文獻（18）第一章 引言整體來看，中國在沖壓模具無論是數(shù)量上，還是質量、技術和能力等方面都有了很大進步，但與國民經(jīng)濟發(fā)展的需求和世界先進水平相比，差距仍然很大。一些大型、精密、復雜、長壽命的中高檔模具，尤其是大型高精密模具每年仍需大量進口。在總量供不應求的同時，一些低檔模具卻供過于求，市場競爭激烈，還有一些技術含量不太高的中檔模具也有供過于求的趨勢。模具的制造正在從過去主要依靠鉗工的技藝轉變?yōu)橹饕揽考夹g。這不僅

3、是生產(chǎn)手段的轉變，也是生產(chǎn)方式的轉變和觀念的上升。這一趨勢使得模具的標準化程度不斷提高，模具精度越來越高，生產(chǎn)周期越來越短，鉗工比例越來越低，最終促進了模具工業(yè)整體水平不斷提高。一個國家的模具的生產(chǎn)水平反映了它的工業(yè)發(fā)展水平，代表了國民生產(chǎn)的先進程度。因為模具的諸多優(yōu)點：生產(chǎn)效率高、節(jié)省材料、節(jié)約能源、自動化程度高等等。所以現(xiàn)在世界各國都在大力發(fā)展模具工業(yè)，先進國家的模具水平已經(jīng)達到了一個相當高的水平，我們國家模具業(yè)正處于快速發(fā)展期，但離發(fā)達國家還有相當一段差距，所以我們需要奮起直追，讓中國的模具達到一流水平。第二章 制件的工藝分析零件圖如下圖示： 零件名稱墊 圈圖 號A001材 料H62-M

4、料 厚1.5mm生產(chǎn)批量大批量制件的工藝分析：不論沖壓件的幾何形狀和尺寸大小如何,其生產(chǎn)過程一般都是從原材料剪切下料開始，經(jīng)過各種沖壓工序和其他必要的輔助工序（如退火，酸洗，表面處理等）加工出圖紙所要求的零件。進行沖壓設計就是根據(jù)已有的生產(chǎn)條件，綜合考慮影響生產(chǎn)過程順利進行的各方面因素，合理安排零件的生產(chǎn)工序，最優(yōu)地選用，確定各工藝參數(shù)的大小和變化范圍，設計模具，選用設備等，以使零件的整個生產(chǎn)過程達到優(yōu)質，高產(chǎn)，低耗，安全的目的。2.1 我們從兩方面來分析制件1. 經(jīng)濟型分析：制件墊圈為大批量生產(chǎn)，而沖壓加工方法是一種先進的工藝方法，因其生產(chǎn)率高，材料利用率高，操作簡單。批量越大時，沖壓加工的

5、單件成本就越低。圖示零件結構較為簡單，批量大，所以選擇沖壓加工。2. 工藝性分析： 該零件結構簡單，形狀常見，尺寸小，精度要求不高，材料為黃銅，材質較硬，加工工藝性好。零件整體結構工藝性比較好，比較容易加工。材料消耗少，工序數(shù)目少，模具結構簡單，且壽命長，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，操作簡單，方便等。2.1.1 對工件的形狀要求圖示工件形狀為對稱形狀查資料1表2.1可知：黃銅材料落料件的最小圓角半徑R=0.18t=0.27mm，工件要求尺寸0R=0.5mm和R=1.5mm均符合要求。2.1.2 沖孔的尺寸要求查資料1中表2.2得知：對于黃銅，沖孔最小尺寸，d=0.9t=0.35mm。工件孔半徑R=6mm符合

6、要求。孔與邊緣之間的最小距離a=2t=3mm。2.2 沖裁件的精度、表面粗糙度和毛刺零件無公差要求，故取工件為經(jīng)濟精度IT14級，查附錄中沖壓常用公差配合表得其公差：內形公差為 6.50+0.36 、14-0.43 0 ；外形公差為：6-0.30 、22.3-0.520 。 經(jīng)濟精度一般不高于IT11級，沖孔比落料高一級。需要落料和沖孔兩個工序，孔與邊緣之間的距離滿足要求：材料為H62-M，具有良好的沖壓性能，適合沖裁。工件的尺寸全部為自由公差，可看作IT14級，尺寸精度較低，普通沖裁完全能滿足要求。制件厚度為1.5mm,粗糙度Ra=12.5m。第三章 沖壓工藝方案的確定要完成該制件，需要落料

7、、沖孔兩個基本工序，有以下三種工藝方案：方案一：先落料，后沖孔，采用單工序模具分開生產(chǎn)；方案二：落料沖孔，采用復合模一次性生產(chǎn)；方案三：沖孔落料連續(xù)沖壓，采用級進模生產(chǎn)。沖裁模設計的總原則： 在滿足制件尺寸精度和形狀精度的前提下力求使模具結構簡單、操作方便、材料消耗少、生產(chǎn)效率高、制件成本低。方案一的模具結構雖然簡單，但需要兩道工序和兩套模具，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)效率可以滿足中小批量生產(chǎn)要求，對于此制件不適合。方案二采用復合模加工。復合模的特點是生產(chǎn)率高，沖裁件的內孔與外緣的相對位置精度高，沖模的輪廓尺寸較小。但復合模結構復雜，制造精度要求高，成本高。復合模主要用于生產(chǎn)批量大、精度要求高的沖裁件。

8、就此制件來說不是很合適。方案三采用連續(xù)模加工。連續(xù)模的特點是生產(chǎn)率高，沖裁件的精度高，模具結構復雜，制造精度要求高，生產(chǎn)難度大，模具壽命長。級進模主要用于生產(chǎn)批量大、精度要求高的中小型零件。就此制件來說比較合適。 綜上分析，該工件采用方案三級進模生產(chǎn)為最佳。3.1 模具結構形式的選擇與確定1）正倒裝結構：根據(jù)上述分析，本零件的沖壓包括沖孔和落料兩個工序，為方便小孔廢料和成形工件的落下，采用正裝結構，即沖孔凹模和落料凹模都安排在下模。2）送料方式：因是大批量生產(chǎn)，采用自動送料方式。3）定位裝置：本工件在級進模中尺寸是一般的，又是大批量生產(chǎn)，沖時第一個工位采用始用擋料銷定位，第二個工位采用固定擋料

9、銷定位。送料時始用擋料銷與固定擋料銷作為粗定距，在大凸模上安裝兩個導正銷，利用條料上6.5mm的孔做導正銷孔進行導正，依此作為條料送進的精確定距。3）導向方式：為確保零件的質量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。由于已經(jīng)采用了自動送料方式，采用對角導柱模架。4）卸料方式：本模具采用正裝結構，沖孔廢料和工件留在凹?？锥粗校瑸榱撕喕＞呓Y構，可以在下模座中開有通槽，使廢料和工件從孔洞中落下。工件厚度為1.5mm，料厚比較厚，為了簡化模具結構和達到可靠的卸料力，選用剛性卸料板來卸下條料廢料。第四章 沖壓工藝的主要計算4.1 排樣方案確定 沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方法，稱為排樣。根據(jù)材料經(jīng)濟利用程度

10、，排樣方法可分為有廢料少廢料無廢料排樣三種，該工件排樣根據(jù)落料工序設計，考慮操作方便及模具結構簡單，故采用單排排樣設計，采用手工送料，采用導料銷導料、擋料銷擋料4.2 搭邊 因零件為非圓形，故采用有廢料排樣，查資料1中表2.26得：a=1.5,a1=1.0查附錄可知：板料尺寸為1.56001200 查資料2中表2.20條料寬度的計算：擬采用無側壓裝置的送料方式，由b-=D+2a+Z-=25.8mm導尺間距離的計算： 由A=D+2a+2Z=26.3mm B=22.3+1.5+1.5=25.3mm ,取B=26mm n=L/S=1200/15=80 沖材件的面積： A=4（72-3.252）+48

11、=168.7mm2板材料總利用率：=nA/BL100%=(80168.7)/(25.31200)=44.5%式中 A一個沖裁件的面積，mm2; n一張板料上的沖裁件數(shù)量； B條料寬度，mm; L板料長度，mm4.3 沖裁力的計算沖裁力F： F=KLt 沖裁周長：L 沖孔周長L1=6.5=20.41mm 落料周長L2=76mm(1) 落料力的計算： 落料力（N）； L 工件外輪廓周長 L2=76mm ； t 材料厚度 t=1.5mm； 材料抗剪強度（MPa） 由資料1中表2.29查得=350Mpa落料力則為：（2）沖孔力的計算： L工件內輪廓周長 L1=3.146.5=20.41mm =1.32

12、0.411.5350=13.93KN（3）.卸料力的計算: 卸料力因數(shù)，由資料1中表2-32查得=0.06 （4）.推件力的計算： 推出系數(shù) 由資料1中表232查得：=0.09 n卡在凹模內的工件數(shù)，n=2=20.0551.87=9.34KN（5）.總沖壓力的計算： 總的沖壓力為=51.87+13.93+3.11+9.34=78.25 KN4.4 初選壓力機查文獻4開式可傾壓力機參數(shù)初選壓力機型號為J23-63，表一 所選擇壓力機的相關參數(shù)型號公稱壓力/kN滑塊行程/mm最大封閉高度/mm工作臺尺寸/mm滑塊底面尺寸/mm可傾斜角/封閉高度調節(jié)量/mmJ23-63100501502403702

13、003104535模具比和高度與壓力機的尺寸關系 為使模具正常工作，模具的閉合高度應介于壓力機最大裝模高度與最小裝模高度之間，一般可按下式?jīng)Q定： Hmax-H1-5mmHHmin-H1+10mm4.5 .壓力中心的確定 沖壓力合力的作用點稱為模具的壓力中心。模具的壓力中心應該與壓力機的滑塊軸線重合，以免滑塊受偏心載荷而損壞導軌及模具。 由于該工件為對稱形狀，故其壓力中心就是幾何中心。4.6 .刃口尺寸的計算落料件以凹模為基準模，間隙取在凸模上；沖孔件以凸模為基準模，間隙取在凹模上對工件未注公差可按IT14，由附錄查得各尺寸的未注公差為: 6.50+0.36 、14-0.43 0 6-0.30

14、、22.3-0.520 對于落料，零件為不規(guī)則形狀，故用配作法加工(1).落料件尺寸的基本計算公式為：Dd=(Dmax-x)0+：工件制造的公差 x：磨損系數(shù) Z：沖裁模初始雙面間隙d：凹模的制造公差p：凸模的制造公差凹模磨損后尺寸變大的：14-0.43 0 6-0.30 、22.3-0.520 精度為IT14，所以取x=0.5,=/4將已知數(shù)據(jù)代入公式得： A1A=(22.3-0.50.52)00.524=22.0400.13mm A2A=(6-0.50.3)00.34=5.8500.075mm A2A=(14-0.50.43)00.43/4=13.78500.1075mm查資料3中表32得

15、： Zmax=0.120mm Zmin=0.090mm凸模刃口尺寸按凹模實際尺寸配制，保證雙面間隙值為（0.0900.120）mm(2).沖孔尺寸計算由于所沖制的孔為圓形簡單孔，故沖孔凸凹模分開加工。沖孔 6.50+0.36mm dp=(dmin+x)-p0 Dd=(dp+Zmin)0d查資料3中表33、34可知：Zmax=0.120mm Zmin=0.090mm d=0.020mm p=0.020mm取x=0.5校核條件： d+p=0.020+0.020=0.040; (Zmax-Zmin)=0.120-0.090=0.030不滿足校核條件，但因為相差不大，此時可調整如下： p=0.4Zma

16、x-Zmin=0.40.030=0.012mm d=0.6Zmax-Zmin=0.60.030=0.018mm將已知數(shù)據(jù)代入公式得： dp=6.5+0.50.36=6.68-0.0200mm Dd=(6.68+0.50.090)=6.7250+0.020mm第五章 沖裁模設計 第三章已經(jīng)提到，由于工件有兩道沖壓工序，綜合考慮，選擇了級進模生產(chǎn)，先沖孔后落料。5.1 沖孔凸模設計（1）.圓形凸模的結構形式，查資料2圖216得：上圖適用于沖裁直徑d=115mm孔徑的場合，工件的沖孔部分的凸?？梢圆捎靡陨戏绞健＃?）.凸模長度的確定凸模的長度應該根據(jù)沖模的整體結構來確定，一般情況下，在滿足模具結構要

17、求前提下，凸模越短，強度越高，材料越省。在確定凸模長度時，應該留有修模余量，并且模具在閉合狀態(tài)下，卸料板至凸模固定板之間應留有避免壓手的安全距離沖孔凸模長度確定： L=H1+H2+H3+A+Y式中 H1 凸模固定板厚度，mm H2 卸料板厚度，mm H3 導尺厚度，mm A 凸模固定板與卸料板間安全距離，一般去1520mm Y 余量，包括凸模修模余量，一般取46mm。由于所沖制件尺寸屬于正常范疇，無細小孔，故凸模無需進行強度校核。（3）.凸模常見的固定方式凸模在上面的正確固定應該是，既保證凸模工作可靠和良好的穩(wěn)定性，還要使凸模在更換和修理時拆裝方便。常用的固定方法有機械固定法、澆注固定法、拼塊

18、固定法，以機械固定法應用最廣泛、可靠?？紤]到工件的大批量生產(chǎn)，在這里我們選擇機械固定法，既能方便的更換凸模，方便修理，對生產(chǎn)不會產(chǎn)生比較大的影響，降低成本。因此采用跌裝式固定凸模，將凸模固定在凸模固定板中。5.2 落料凹模的設計（1）.落料凹模的設計整體式凹模如圖裝于下模座上，由于下模座孔口較大因而使工作時承受曲力矩，若凹模高度H及模壁厚度C不足時，會使凹模產(chǎn)生較大變形，甚至破壞。但由于凹模受力復雜，凹模高度可按經(jīng)驗公式計算，查資料3中表3.18，即 凹模高度H= kb （H15mm） 凹模壁厚 c=(1.52)H （c3040mm）式中b-凹模刃口的最大寬度，mm，但b不小于15mm c-凹

19、模壁厚，mm 指刃口至凹模外形邊緣的距離； k=系數(shù)，取0.45凹模高度H=kb=0.4522.3=10.035mm 查資料1中表2.60 取標準值 H=22mm凹模壁厚c =1.5H = 1.515=22.5mm 取 c=30mm 凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般?。?.72.0）d, 圖8 凹模上的螺孔設計與選用d 為螺孔的尺寸，由于凹模厚度為22mm，所以根據(jù)資料1中表2.462查得螺孔選用4M8的螺釘固定在下模座。故選用如圖8： 螺孔到凹模外緣的最小距離a2=1.5d=1.58=12mm a3=1.13d9mm凹模上螺孔間距由資料1中表2.47查得最小間距為40mm，最大間距為90mm。

20、 螺孔到銷孔的距離一般取b2d,所以b應大于16mm。根據(jù)上述方法確定凹模外形尺寸須選用矩形凹模板12510016（JB/T7643.1）（2）.,沖裁6.5mm孔時凸模、凹模各尺寸及其組件確定和標準化（包括外形尺寸和厚度） 小凸模長度 L=20+14+6+15+5=60mm由小凸模刃口d=6.65mm查資料1中表2.54可知 h=3mm, D1=13mm, D=10mm, L=60mm。 小凸模強度校核 要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應力不超過凸模材料的許用壓應力，即 對于圓形凸模 dmin式中 dmin圓形凸模最小截面直徑，mm t沖裁材料厚度，mm 沖裁材料的抗剪強度，MPa

21、凸模材料許用強度，?。?.01.6）103MPadmin=1.8mm 所以承壓能力足夠?？箍v向彎曲力校核對于圓形凸模（有導向裝置）270d2/ 式中 Lmax 允許的凸模最大自由長度，mm F 沖模力,N 凸模最小截面的直徑，mmLmax270d2/=2706.652/=124.7mm 所以長度適宜。凸模固定端面的壓力q =式中q凸模固定端面的壓力，MPa F落料或沖孔的沖裁力，N模座材料許用壓應力，MPa q =97MPa凸模固定板端面壓力超過了8090a，為此應在凸模頂端與模座之間加一個淬硬的墊板。矩形墊板材料可用45鋼，結構形式和尺寸規(guī)格見資料1中，查得其尺寸為1251006由于采用整體

22、式凹模，所以由外形落料凹模確定其凹模板厚度（圖6），其凹模刃口高度由資料1中2.40查得h=6mm，=(3).外形落料凸模、凹模各尺寸及組件的確定和標準化（包括外形尺寸和厚度）外形凸模的設計：外形凸模用線切割機床加工成直通式凸模，用兩個M8的螺釘固定在墊板上，由于采用固定卸料板，凸模按下式計算 ：L= L=H1+H2+H3+A+Y L=20+14+6+15+5=60mm 其中： 卸料板到凸模固定板間的安全距離（15mm20mm）等因素。所以：L=20+14+6+1+18=59 mm凸模固定板材料可用45鋼，結構形式和尺寸規(guī)格見資料1中可得12510016 （4）凹模組件的尺寸確定和示意圖凹模采

23、用整體式凹模，各沖裁的凹模孔均采用線切割加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。 整體式凹模的尺寸凹模的長度選取要考慮以下因素：a)保證有足夠的安裝剛性卸料板的位置。b)便于導尺發(fā)揮作用，保證送料粗定位精度。選取凹模邊界為100mm125mm。厚度為22mm凹模材料選用Cr12制造，熱處理硬度為5862HRC。5.3 定位裝置的設計與標準化（1）始用擋料塊的設計與標準化（尺寸、位置、標準與示意圖）. 始用擋料銷的設計擋料塊標記： 4536 GB/T2866.181 材料：45鋼 GB/69988 熱處理：硬度4348HRC 技術條件：按GB2870

24、81(2).固定擋料銷的設計與標準化 固定擋料銷的設計根據(jù)標準件，選用此擋料銷如下圖 固定擋料銷的結構選用直徑8mm，h=4mm材料為45鋼A型固定擋料銷（JB/T7649.1094）根據(jù)分析選用廢料孔前端定位時擋料銷位置如圖 廢料孔前端定位時擋料銷位置 圖13 固定擋料銷的位置=C-()+0.1 擋料銷與導正銷的間距，mm C連續(xù)模的步距，mm dr導正銷的直徑，mm d擋料銷頭部直徑，mm =15.5-()+0.1=15.55mm （3）導正銷的設計與標準化導正銷主要用于級進模中，消除擋料銷的定位誤差，以獲得較精確的工件。導正銷的結構形式，結構設計，尺寸精度，材料的熱處理等可參照JB/T7

25、647.194和JB/T7647.294選定。導正銷的結構形式查資料1選用如圖 導正銷的結構形式D=d-2aD導正銷直徑的基本尺寸d沖孔凸模直徑2a導正銷與孔徑兩邊的間隙沖裁6.5mm孔的導正銷 查表得h=0.6t 2a=0.05mmD=d-2a=6.15-0.05=6.50mmh=0.62.2=1.32mm （4）導料板的設計與標準化經(jīng)查表分析得導料板長度L=100mm，寬度B=26mm ，厚度h=6mm 。導料板的設計5.4 標準模架的選用由凹模周界可以選取標準模架。查資料2中表1.84和1.85.凹模周界125mm,B=100mm,閉合高度h1=165mm 材料為ZG45(ZG310-5

26、70),0I級精度的對角導柱模架。導柱標記：283170 GB/T2861.190 323170 GB/T2861.190導套標記：283100338 GB/T2861.690 323100338 GB/T2861.690上模座標記：2003160335 GB/T2855.190下模座標記：2003160345 GB/T2855.290模柄標記：A503110 JB/T 7646.1模柄與上模座的聯(lián)接采用壓入式的結構如圖17所示。壓入式的模柄1、 卸料裝置的設計與標準化在前面已經(jīng)確定了采用剛性卸料板，設計卸料板為一整體板。本模具的卸料板不僅有卸料作用，還具有外形凸模的導向作用，并能對凸模起保護

27、作用。卸料板的邊界尺寸經(jīng)查資料4 得：卸料板長度L =100mm,寬度B=26mm厚度h0=14mm 此模具中，卸料板對沖孔落料凸模起導向作用，卸料板和凸模按H7/h6配合制造2、 聯(lián)接件的選用與標準化本模具采用螺釘固定，銷釘定位。具體講內六角螺釘標記：35鋼M8365 GB7085螺釘標記： 35鋼M8330 GB6876圓柱銷釘標記：35鋼6365 GB 11986 止動圓柱銷標記：35鋼436GB119865.5 壓力機的校核前面已經(jīng)初選了壓力機，模座外形尺寸200160mm,閉合高度40mm,由文獻4中，根據(jù)沖壓力、閉合高度、外廓尺寸等數(shù)據(jù)，所以選擇J236.3型壓力機是合適的。第六章

28、 設計心得 經(jīng)過兩個星期的努力，我和組里的成員一起完成了我們組分配的課程設計題目，通過這次的學習讓我學到了很多手冊上和書本上的理論知識，也讓我對模具行業(yè)有了更深一步的了解。我們組的題目是墊圈沖壓工藝與模具設計，通過不斷地查手冊和上網(wǎng)查資料，我對沖壓模具設計的各種注意事項了解得更透徹了，也對當前的模具行業(yè)有了更新的認識，在這段時間中，我和我們組的同學還有其他組的同學不時討論和交流，在這樣的氛圍中，我不僅鞏固了課程知識，也學會了許多課本中所沒有的知識。在這里感謝老師和各位同學的幫助！參考文獻：1. 郝濱海編著-擠壓模具簡明設計手冊 化學工業(yè)出版社。2. 馬朝興主編-沖壓模具設計手冊 化學工業(yè)出版社。3楊占堯主編-沖壓模具標準手冊 化學工業(yè)出版社。4. 胡成武主編-沖壓工藝與模具設計 中南大學出版社。5. 李小平主編-簡明沖模手冊 化學工業(yè)出版社。